Применение систем отображения информации на базе мониторов и телевизионных панелей

Ряд фирм, в частности Samsung (в мониторах с трубками DynaFlat) и Mitsubishi (DiamondTron NF) пошли по пути изготовления экранов, у которых только одна поверхность (внешняя) является плоской, а другая (внутренняя) имеет небольшую кривизну. Другое решение предложила фирма Sony (FD Trinitron), использующая в принципе сходный механизм компенсации эффекта вогнутости изображения, но добавившая следующую инновацию - слой люминофора, который наносится на внутреннюю поверхность экрана, имеет различную толщину, большую в центре экрана и меньшую по краям.

Вторая задача, решением которой занимаются производители ЭЛТ-мониторов с плоскими экранами, заключается в минимизации бликов отраженного света на экране. Сферическая поверхность рассеивает падающие лучи во все стороны, тогда как плоская создает довольно компактный пучок отраженных в определенном направлении лучей. Производители плоских ЭЛТ-мониторов применяют всевозможные специальные покрытия внешней поверхности экрана для того, чтобы по возможности избавиться от бликов.

Экранное покрытие

Важным параметром кинескопа являются отражающие и защитные свойства его поверхности. Если поверхность экрана никак не обработана, то он будет отражать все предметы, находящиеся за спиной пользователя, а также его самого. Это отнюдь не способствует комфортности работы. Кроме того, поток вторичного излучения, возникающий при попадании электронов на люминофор, может негативно влиять на здоровье человека.

Неровный верхний слой призван бороться с отражением. В техническом описании монитора обычно указывается, какой процент падающего света отражается (например, 40%). Слой с различными преломляющими свойствами дополнительно снижает отражение от стекла экрана.



Наиболее распространенным и доступным видом антибликовой обработки экрана является покрытие диоксидом кремния. Это химическое соединение внедряется в поверхность экрана тонким слоем. Если поместить обработанный диоксидом кремния экран под микроскоп, то можно увидеть шершавую, неровную поверхность, которая отражает световые лучи от поверхности под различными углами, устраняя блики на экране. Антибликовое покрытие помогает без напряжения воспринимать информацию с экрана, облегчая этот процесс даже при хорошем освещении.

Большинство запатентованных видов защитных покрытий от отражений и бликов основано на использовании диоксида кремния. Некоторые изготовители кинескопов добавляют в покрытие также химические соединения, выполняющие функции антистатиков. В наиболее передовых способах обработки экрана для улучшения качества изображения используются многослойные покрытия из различных видов химических соединений. Покрытие должно отражать от экрана только внешний свет. Оно не должно оказывать никакого влияния на яркость экрана и четкость изображения, что достигается при оптимальном количестве диоксида кремния, используемого для обработки экрана.

Антистатическое покрытие предотвращает попадание пыли на экран. Оно обеспечивается с помощью напыления специального химического состава для предотвращения накопления электростатического заряда. Антистатическое покрытие требуется в соответствии с рядом стандартов по безопасности и эргономике, в том числе MPR II и TCO.

Также необходимо отметить, что для защиты пользователя от фронтальных излучений экран кинескопа выполняется не просто из стекла, а из композитного стекловидного материала с добавками свинца и других металлов.

Вес и размеры

Средний вес 15" ЭЛТ-мониторов - 12-15кг, 17" - 15-20кг, 19" - 21-28кг, 21" - 25-34кг. ЖК-мониторы намного легче - их вес в среднем колеблется от 4 до 10 кг. Большой вес плазменных мониторов обусловлен их крупными размерами, вес 40-42" панелей достигает 30кг и выше. Типичные размеры ЭЛТ-мониторов показаны на таблице 4.3. Основное отличие ЖК-мониторов состоит в меньшей глубине (снижение до 60%).

Номинальный размер диагонали, дюймов	Ширина, см	Высота, см	Глубина, см
14"	35-37	35-37	37-39
15"	35-37	37-39	40-42
17"	40-42	40-42	45-47
20"	47-49	45-47	50-52
21"	50-52	47-49	53-54

Углы поворота

Положение монитора относительно подставки должно регулироваться. Как правило, доступен наклон вверх-вниз и поворот вправо-влево. Иногда также добавляется также возможность подъема по вертикали или поворота основания подставки.

Потребляемая мощность

ЭЛТ-мониторы в зависимости от размера экрана потребляют от 65 до 140 Вт. В энергосберегающих режимах современные мониторы потребляют в среднем: в режиме "sleep" - 8,3 Вт, в режиме "off" - 4,5 Вт (обобщенные данные по 1260 мониторам, сертифицированным по стандарту "Energy Star").

ЖК-мониторы являются самыми экономичными - они потребляют от 25 до 70 Вт, в среднем 35-40 Вт.

Величина энергопотребления плазменных мониторов намного выше - от 250 до 500 Вт.

Портретный режим

У ЖК-мониторов существует возможность поворота самого экрана на 90° [см. рис. 4.4], с одновременным автоматическим разворотом изображения. Среди CRT мониторов тоже есть модели с такой возможностью, но они крайне редки. В случае с LCD мониторами, эта функция становится почти стандартной.

Оптические характеристики мониторов

Шаг точек

Шаг точек - это диагональное расстояние между двумя точками люминофора одного цвета. Например, диагональное расстояние от точки люминофора красного цвета до соседней точки люминофора того же цвета. Этот размер обычно выражается в миллиметрах (мм). В кинескопах с апертурной решеткой используется понятие шага полос для измерения горизонтального расстояния между полосами люминофора одного цвета. Чем меньше шаг точки или шаг полосы, тем лучше монитор: изображения выглядят более четкими и резкими, контуры и линии получаются ровными и изящными. Очень часто размер токи на периферии больше, чем в центре экрана. Тогда производители указывают оба размера.

Допустимые углы обзора

Для ЖК-мониторов это критический параметр, поскольку не у всякого плоскопанельного дисплея угол обзора такой же, как у стандартного монитора ЭЛТ. Проблемы, связанные с недостаточным углом обзора, долгое время сдерживали распространение ЖК-дисплеев. Поскольку свет от задней стенки дисплейной панели проходит через поляризационные фильтры, жидкие кристаллы и ориентирующие слои, то из монитора он выходит большей частью вертикально ориентированным. Если посмотреть на обычный плоский монитор сбоку, то либо изображения вообще не видно, либо все же его можно увидеть, но с искаженными цветами. В стандартном TFT-дисплее с молекулами кристаллов, ориентированными не строго перпендикулярно подложке, угол обзора ограничивается 40 градусами по вертикали и 90 градусами по горизонтали. Контрастность и цвет варьируются при изменении угла, под которым пользователь смотрит на экран. Эта проблема стала приобретать все большую актуальность по мере увеличения размеров ЖК-дисплеев и количества отображаемых ими цветов. Для банковских терминалов это свойство, конечно, очень ценно (так как обеспечивает дополнительную безопасность), но обычным пользователям приносит неудобства. К счастью, производители уже начали применять улучшенные технологии, расширяющие угол обзора. Лидирующие среди них - это IPS (in-plane switching - объемная коммутация), MVA (multi-domain vertical alignment - вертикально-ориентированные мультидомены) и TN+film (рассеивающие пленки). Они позволяют расширить угол обзора до 160 градусов и выше, что соответствует характеристикам ЭЛТ-мониторов [см. рис. 4.5]. Максимальным углом обзора считается тот, где величина контрастности падает до соотношения 10:1 по сравнению с идеальной величиной (измеренной в точке, непосредственно расположенной над поверхностью дисплея).

Мертвые точки

Их появление характерно для ЖК-мониторов. Это вызвано дефектами транзисторов, а на экране такие неработающие пиксели выглядят как случайно разбросанные цветные точки. Поскольку транзистор не работает, то такая точка либо всегда черная, либо всегда светится. Эффект порчи изображения усиливается, если не работают целые группы точек или даже области дисплея. К сожалению, не существует стандарта, задающего максимально допустимое число неработающих точек или их групп на дисплее. У каждого производителя есть свои нормативы. Обычно 3-5 неработающих точек считается нормой. Покупатели должны проверять этот параметр при получении компьютера, поскольку подобные дефекты не считаются заводским браком и в ремонт не принимаются.

Поддерживаемые разрешения

Максимальное разрешение, поддерживаемое монитором, является одним из ключевых параметров монитора, его указывает каждый производитель. Разрешение обозначает количество отображаемых элементов на экране (точек) по горизонтали и вертикали, например: 1024x768. Физическое разрешение зависит в основном от размера экрана и диаметра точек экрана (зерна) электронно-лучевой трубки экрана (для современных мониторов - 0.28-0.25). Соответственно, чем больше экран и чем меньше диаметр зерна, тем выше разрешение. Максимальное разрешение обычно превосходит физическое разрешение электронно-лучевой трубки монитора. Ниже приведены рекомендованные характеристики для мониторов с различными размерами экрана [см. также табл. 4.6].

Для 14" монитора: максимальное разрешение - до 1024x768, реально используемые (рабочие) - 640x480 и 800x600. Частота развертки при разрешении 640x480 и 800x600 - 75-85 Гц, 1024x768 - 60 Гц.

Для 15" монитора: максимальное разрешение - до 1280x1024, реально используемое - 1024x768, 800x600 и ниже. Частота развертки при разрешении 640x480, 800x600 - 75-100Гц, 1024x768 - 75-85Гц, 1280x1024 - 60Гц.

Для 17" монитора: максимальное разрешение - до 1280x1024, реально используемое - 1024x768, 800x600. Частота развертки при разрешении 640x480, 800x600 - 75-110Гц, 1024x768 - 75-85Гц, 1280x1024 - 60-75Гц.

Для 19" монитора: максимальное разрешение - до 1600x1200, реально используемое - 1280x1024. Частота развертки при разрешении 640x480, 800x600,1024x768 - 75-110Гц, 1600x1200 - 60-75Гц.

Для 21" монитора: максимальное разрешение - до 1800x1440, реально используемое - 1600x1200, 1280x1024. Частота развертки при разрешении 640x480, 800x600, 1024x768,1280x1024 - 75-110Гц, 1600х1200, 1800x1440 - 60-75Гц.

Требования к монитору можно определить с помощью таблиц 4.4 и 4.5. Например, требуется подобрать монитор для типичного домашнего компьютера. Рабочее разрешение 800x600 - этого хватит для большинства приложений, частота вертикальной развертки - 85Гц. Также желательна поддержка разрешения 1024x768 при 60 Гц. По таблице 4.4 находим полосу видеосигнала - 58 МГц для 800x600 и 64 МГц для 1024x768. По таблице 4.5 находим частоту горизонтальной развертки - 53 кГц для 800x600 и 48 кГц для 1024x768. В итоге получаем следующие требования: максимальное разрешение - не ниже 1024x768, полоса пропускания - не ниже 64 МГц, частота вертикальной развертки - до 85 Гц, частота горизонтальной развертки - до 53 кГц.

O - оптимальный режим,

З - пиксели достаточно большие, чтобы казаться зернистыми, П - приемлемо, н/р. - не рекомендуется.

Реальную максимальную разрешающую способность монитора можно рассчитать следующим образом: для этого надо знать три числа: шаг точек (шаг триад для трубок с теневой маской или горизонтальный шаг полос для трубок с апертурной решеткой) и габаритные размеры используемой области экрана в миллиметрах.

Примем сокращения:

максимальное разрешение по горизонтали = MRH (точек)

максимальное разрешение по вертикали = MRV (точек)

Для мониторов с теневой маской:

MRH = горизонтальный размер/(0,866 x шаг триад);

MRV = вертикальный размер/(0,866 x шаг триад).

Так, для 17-дюймового монитора с шагом точек 0,25 мм и размером используемой области экрана 320x240 мм получим максимальную действительную разрешающую способность 1478x1109 точек: 320/(0,866x0,25) = 1478 MRH; 240/(0,866x0,25) = 1109 MRV.

Для мониторов с апертурной решеткой:

MRH = горизонтальный размер/горизонтальный шаг полосок;

MRV = вертикальный размер/вертикальный шаг полосок.

Так, для 17-дюймового монитора с апертурной решеткой и шагом полос 0,25 мм по горизонтали и размером используемой области экрана 320x240 мм получим максимальную действительную разрешающую способность 1280x600 точек: 320/0,25 = 1280 MRH; апертурная решетка не имеет шага по вертикали, и разрешающая способность по вертикали такой трубки ограничена только фокусировкой луча.

Контрастность

Контрастность вычисляется, как соотношение самого яркого и самого темного участка на дисплее. Чем больше их отличие, тем лучше. У ЭЛТ-мониторов контрастность может достигать 500:1, что позволяет демонстрировать фотореалистическое качество изображений. На таком мониторе можно получить глубокий черный цвет. Но для ЖК-мониторов это очень непросто. Яркость ламп дневного света, используемых при подсветке, очень трудно изменить, а при работе дисплея они всегда включены. Чтобы экран был черным, жидкие кристаллы должны полностью блокировать прохождение света через панель. Однако достичь 100% результата при этом невозможно - какая-то часть светового потока неминуемо пройдет. Сейчас производители продолжают работать над решением этой проблемы. Считается, что для нормальной работы человеческого глаза уровень контрастности должен быть не ниже 250:1.

Яркость

Максимальная яркость дисплеев ЭЛТ - 100-120 Кд/м2. Увеличить ее трудно из-за непомерного роста ускоряющих напряжений на катодах электронных пушек, что приводит к побочным эффектам - таким, как повышенный уровень излучения и ускоренное выгорание люминофорного покрытия.

У ЖК-мониторов в этой области нет конкурентов. Максимальная величина яркости в принципе определяется характеристиками ламп дневного света, которые используются для подсветки экрана. Не является проблемой получение яркости порядка 200-250 Кд/м2. Хотя технически вполне возможно ее увеличение до значительно более высоких значений, этого не делают, чтобы не ослепить пользователя.

Коэффициент светопередачи

Отношение полезной световой энергии, прошедшей через переднее стекло монитора, к световой энергии, излученной внутренним фосфоресцирующим слоем, называется коэффициентом светопередачи. Как правило, чем темнее выглядит экран при выключенном мониторе, тем ниже этот коэффициент.

При высоком коэффициенте светопередачи для обеспечения требуемой яркости изображения требуется небольшой уровень видеосигнала, и упрощаются схемотехнические решения. Однако при этом уменьшается перепад между излучающими участками и соседними, что влечет за собой ухудшение четкости и снижение контрастности изображения и, как следствие, ухудшение общего его качества.

С другой стороны, при низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения и качество цвета, однако для получения достаточной яркости требуется мощный видеосигнал и усложняется схема монитора.

Обычно 17-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи 52-53%, а 15-дюймовые - 56-58%, хотя в зависимости от конкретно выбранной модели эти значения могут варьироваться. Поэтому при необходимости определения точного значения коэффициента светопередачи следует обращаться к документации производителя.

Равномерность

Под равномерностью понимается постоянство уровня яркости по всей поверхности экрана монитора, которое обеспечивает комфортные условия для работы пользователя. Временная неравномерность цвета может быть устранена размагничиванием экрана. Принято различать "равномерность распределения яркости" и "равномерность белого".

Равномерность распределения яркости. Большинство мониторов имеют различную яркость в различных участках экрана. Отношение яркости в наиболее светлой части к яркости в наиболее темной называется равномерностью распределения яркости.

Равномерность белого. Равномерность белого характеризует различие в яркости белого цвета на экране монитора по всей его поверхности (при выводе изображения белого цвета). Численно равномерность белого равна отношению максимальной и минимальной яркости.

Сведение

Для получения четкого изображения и чистых цветов на экране монитора красный, зеленый и синий лучи, исходящие из всех трех электронных пушек, должны попадать в точно заданное место на экране. Так, для отображения точки белого цвета должны засвечиваться люминофоры зеленого, синего и красного (в определенной пропорции световой мощности), находящиеся друг от друга на расстоянии не более чем полпикселя. Иначе, например, тонкая линия розового цвета, получаемая смешением синего и красного цветов, распадется на две: синюю и красную линии [см. рис. 4.6]. То есть картины, реализуемые каждой пушкой, получаются геометрически несогласованными. Это отрицательно сказывается в первую очередь на качестве воспроизведения символов. Мелкие буквы становятся плохо читаемыми и приобретают "радужную" окантовку.

Термин "несведение лучей" означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого.

Статическое сведение. Под статическим несведением понимается несведение трех цветов (RGB) одинаковое на всей поверхности экрана, вызванное незначительной погрешностью при сборке электронной пушки. Изображение на экране может быть откорректировано регулировкой статического сведения.

Динамическое сведение. В то время как в центре экрана монитора изображение остается четким, на его краях может проявиться несведение. Оно вызывается ошибками в обмотках или при их установке и может быть устранено с помощью магнитных пластин.

Динамическая фокусировка

Когда поток электронов попадает в центр экрана, формируемое им пятно является строго круглым. При отклонении луча к углам форма пятна искажается, становясь эллиптической [см. рис. 4.7]. Результат - потеря четкости изображения по краям экрана. Для компенсации искажения формируется специальный компенсирующий сигнал. Величина компенсирующего сигнала зависит от свойств ЭЛТ и ее отклоняющей системы. плазменный монитор светодиод сенсорный

Чтобы устранить смещение фокуса, вызванное различием в путях пробега луча (расстоянии) от электронно-лучевой пушки до центра и до краев экрана, требуется увеличивать напряжение с ростом отклонения луча от центра с помощью высоковольтного трансформатора, как показано на рисунке 4.8. Современные системы динамической фокусировки, такие как система NX-DBF, разработанная компанией Mitsubishi, способны корректировать форму пятна в каждой точке экрана.

Цветовая температура

Мониторы, используемые для подготовки печатной продукции, должны иметь возможность задавать такой параметр, как цветовая температура. Цветовая температура (или как ее еще называют - точка белого) показывает, какой оттенок на мониторе будет у белого цвета. Измеряется цветовая температура в градусах по шкале Кельвина. Ее физический смысл означает цвет излучения абсолютно черного тела, нагретого до указанной температуры.

Для адекватного управления качеством продукции должна быть установлена объективная шкала. Такая шкала применительно к характеристике цвета основана на изменении белого при нагреве, где в качестве образца используется раскаленная добела нить лампы. Цветовую температуру принято характеризовать в координатной плоскости XY.

По координате Х	По координате Y	Температура, К
0,448	0,407	2856
0,348	0,352	4876
0,332	0,329	5503
0,310	0,316	6774
0,313	0,329	6504
0,281	0,310	9300

При подготовке документа к печати цветовая температура должна соответствовать цвету бумаги (при определенном освещении), на которой будет печататься этот документ. Обычно при подготовке печатной продукции на мониторе выставляют цветовую температуру 6500 K (свет лампы дневного света). Если изображение готовится для телевизионной трансляции, то оттенок должен соответствовать цветовой температуре 9300 K (солнечный цвет). Компания Kodak для цветной фотопечати принимает за белый цвет значение цветовой температуры, равное 5300 К.

Современные мониторы, как правило, имеют несколько фиксированных значений цветовой температуры, а также возможность произвольно задавать ее значение в диапазоне от 5000 до 10000 К. Произвольное значение температуры белого цвета задается при помощи балансировки яркости двух цветов (красного и синего) относительно фиксированного уровня зеленого цвета.

Частотные характеристики мониторов

Частота вертикальной развертки

Значение частоты горизонтальной развертки монитора показывает, какое предельное число горизонтальных строк на экране монитора может прочертить электронный луч за одну секунду. Соответственно, чем выше это значение (а именно оно, как правило, указывается на коробке для монитора) тем выше разрешение может поддерживать монитор при приемлемой частоте кадров. Предельная частота строк является критичным параметром при разработке ЖК монитора.

Частота горизонтальной развертки

Это параметр, определяющий, как часто изображение на экране заново перерисовывается. Частота горизонтальной развертки в Гц. В случае с традиционными ЖК мониторами время свечения люминофорных элементов очень мало, поэтому электронный луч должен проходить через каждый элемент люминофорного слоя достаточно часто, чтобы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого обхода экрана становится меньше 70 Гц, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Чем выше частота регенерации, тем более устойчивым выглядит изображение на экране. Мерцание изображения приводит к утомлению глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. Заметим, что чем больше экран монитора, тем более заметно мерцание, особенно периферийным (боковым) зрением, так как угол обзора изображения увеличивается. Значение частоты горизонтальной развертки зависит от используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от возможностей видеоадаптера.

Полоса пропускания видеоусилителя

Ширина полосы пропускания измеряется в МГц и характеризует максимально возможное количество точек, отображаемых на экране за секунду.

Ширина полосы пропускания зависит от количества пикселей по вертикали и горизонтали, а также от частоты вертикальной развертки (регенерации) экрана. Предположим, что Y обозначает число пикселей по вертикали, X - число пикселей по горизонтали, а R величину частоту регенерации экрана. Чтобы учесть дополнительное время на синхронизацию по вертикали, умножим Y на коэффициент 1.05. Время, необходимое для горизонтальной синхронизации соответствует примерно 30% от времени сканирования, поэтому используем коэффициент 1.3. Заметим, что 30% это очень умеренная величина для большинства современных мониторов.

Так, например, для разрешения 1280x1024 при частоте регенерации 90 Гц, требуемая ширина полосы пропускания монитора будет равна:

1,05x1024x1280x1,3x90=161 МГц

Вид развертки

Существует два вида развертки - чересстрочная (Interlaced) и строчная (non-interlaced (NI)). Развертка на экране монитора может формироваться как за один проход, так и за два. В мониторах с чересстрочной разверткой каждый кадр изображения формируется из двух полей, содержащих поочередно либо четные, либо нечетные строки. В мониторах со строчной разверткой изображение полностью формируется за один проход.

Чересстрочная частота обозначается как "частота кадров 87i Гц" . Реальная частота кадров равна 87/2=43 Гц. Качество картинки такого монитора неудовлетворительно (хотя все современные телевизоры имеют именно такую развертку). Как правило, современные мониторы не нуждаются в таких видеорежимах, которые применялись 5-10 лет назад из-за неразвитости технологий, хотя в некоторых ситуациях они применяются. Например, монитор 15" Sony 100GST способен формировать изображение 1600х1200 в режиме interlaced. Современного пользователя обычно interlaced- режимы не интересуют, поэтому для того же Sony 100GST говорят, что у него максимальное разрешение 1280х1024.

Функциональные характеристики мониторов

Конструкция корпуса и подставки

Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ±30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ±30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн мониторов должен предусматривать окраску в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора должен иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Способ подключения монитора к компьютеру

Существует два способа подключения монитора к компьютеру: сигнальный (аналоговый) и цифровой.

Монитору необходимо подведение видеосигналов, несущих информацию, отображаемую на экране. Цветному монитору требуется три сигнала, кодирующих цвет (RGB), и два сигнала синхронизации (вертикальной и горизонтальной развертки). Для подключения монитора к компьютеру используют сигнальные (аналоговые) кабели различных типов. Со стороны компьютера такой кабель в большинстве случаев имеет трехрядный разъем DB15/9, который еще называют VGA-разъемом. Этот разъем используется в большинстве IBM-совместимых компьютеров. Компьютеры Macintosh производства компании Apple используют другой соединитель - двухрядный DB15.

Кроме того, существуют специальные коаксиальные кабели.

Со стороны монитора кабель может быть наглухо вмонтирован в монитор либо иметь разъемное соединение, в качестве которого используется тот же DB15/9, либо коаксиальный соединитель типа BNC. Некоторые мониторы для удобства имеют два переключаемых входных интерфейса: DB15/9 и BNC. Имея два компьютера, можно один монитор использовать для работы с двумя компьютерами (естественно не одновременно).

Помимо сигнального соединения возможно соединение монитора с компьютером через цифровой интерфейс, позволяющий управлять монитором из компьютера: калибровать его внутренние цепи, настраивать геометрические параметры изображения и т.п. в качестве цифрового интерфейса наиболее часто применяется разъем RC-232C.

Средства управления и регулирования

После настройки монитора на заводе он проделывает долгий путь, прежде чем попадет на стол к пользователю. На этом пути монитор подвергается различным механическим, термическим и прочим воздействиям. Это приводит к тому, что предустановленные настройки сбиваются и после включения изображение на экране отображается не очень качественно. Этого не может избежать ни один монитор. Для того, чтобы устранить эти, а также прочие, возникающие в процессе использования монитора, дефекты, монитор должен обладать развитой системой регулирования и управления, в противном случае потребуется вмешательство специалистов.

Под управлением понимают подстройку таких параметров, как яркость, геометрия изображения на экране. Существуют два типа систем управления и регулирования монитора: аналоговые (ручки, движки, потенциометры) и цифровые (кнопки, экранное меню, цифровое управление через компьютер). Аналоговое управление используется в дешевых мониторах и позволяет напрямую изменять электрические параметры в узлах монитора.

Как правило, при аналоговом управлении пользователь имеет возможность настраивать только яркость и контраст. Цифровое управление обеспечивает передачу данных от пользователя к микропроцессору, управляющему работой всех узлов монитора. Микропроцессор на основании этих данных делает соответствующие коррекции формы и величины напряжений в соответствующих аналоговых узлах монитора. В современных мониторах используется только цифровое управление, хотя количество контролируемых параметров зависит от класса монитора и варьируется от нескольких простейших параметров (яркость, контраст, примитивная подстройка геометрии изображения) до сверхрасширенного набора (25 - 40 параметров) [см. также табл. 4.8] обеспечивают точные настройки и более просты в эксплуатации.

Большинство цифровых средств управления снабжены экранным меню (OSD - On Screen Display), которое появляется каждый раз, когда активизируются настройки и регулировки [см. рис. 4.10]. С помощью цифровых средств управления установки сохраняются в специальной памяти и не изменяются при отключении электропитания. Экранные средства управления удобны, наглядны, пользователь видит процесс настройки, который становится проще, точнее и понятнее.

Имеются три группы регулировок монитора: основные, геометрические и регулировка цвета.

Основные регулировки изменяют яркость, контрастность, размер и центрирование изображения по горизонтали и по вертикали.

Геометрические настройки предназначены для устранения более сложных искажений изображения - "наклон/поворот" "параллелограмм", "трапеция" и "бочка/подушка" и многие другие.

К настройке цветности относятся: настройка сведения лучей, настройка цветовой температуры, функция подавления муара и др. Настройки цветности позволяют оптимизировать цветовые характеристики монитора, зависящие от типа внешнего освещения и расположения монитора.

Ниже мы рассмотрим подробнее, что стоит за теми или иными обозначениями на кнопках или в экранном меню монитора:

Дополнительное оснащение

Очень часто в монитор встраиваются акустические системы, что избавляет пользователя от необходимости покупать их отдельно. К сожалению, такие модели стоят намного дороже аналогичных мониторов без акустических систем, в то время как качество воспроизводимого ими звука нельзя в большинстве случаев признать хорошим.

В последнее время мониторы стали оснащать TV-тюнерами. Впервые TV-тюнер был встроен в ЖК-мониторы Samsung 150MP и 170MP. Он способен принимать ТВ-сигнал во всех мировых стандартах вещания, кроме того, для удобства этот монитор оснащен пультом дистанционного управления.

В комплект поставки некоторых мониторов включаются специальные козырьки, надеваемые на монитор и препятствующие влиянию окружающего света на восприятие изображения и калибраторы - специальные сенсоры, при помощи которых выполняется калибровка монитора (подробнее о калибровке).

Плазменные панели могут крепиться к стене, потолку или полу, для чего вы-пускаются различные виды крепежей и стоек.

Также некоторые производители оснащают свои мониторы дополнительными функциями. Например, компания Mitsubishi применяет специальную функцию GeoMACS ("Geomagnetic Measurement And Compensation System"), которая позволяет автоматически компенсировать влияние магнитного поля Земли. Специальный датчик измеряет текущую величину горизонтальной компоненты внешнего магнитного поля, а дополнительная катушка создает встречное компенсирующее поле. Это позволяет достичь стабильной цветопередачи по всему экрану независимо от положения монитора относительно магнитного поля Земли.

Время наработки на отказ

Большинство производителей электронно-лучевых трубок нормирует среднее время безотказной работы (MTBF - Mean Time Before Failure) от 30 до 60 тыс. часов, что обеспечивает бесперебойную работу устройства в течение не менее 3,5 лет. После этого изображение может начать терять яркость и контрастность.

Выбор видеокарты

Правильный выбор видеокарты особенно важен для мониторов с диагональю от 17". Для мониторов с диагональю 14" дюймов, вообще говоря, подходит любая видеокарта, так как максимальная частота вертикальной развертки не превышает для этих мониторов значения 85 Гц, а на это способна любая видеокарта. Но даже для монитора с диагональю 15" уже желателен выбор видеокарты от известного производителя, с объемом видеопамяти не менее 2 MB (мегабайт) для поддержки режима 16 млн. цветов (True Color) при этом же разрешении, так как почти все 15" мониторы в режиме 800х600 поддерживают развертку в 100 Гц.

При выборе монитора с диагональю 17", если его максимальное разрешение не превышает 1280х1024, требования к видеокарте аналогичны тем, что предъявляются к 15" мониторам. Если же максимальное разрешение 1600х1280, то при выборе видеокарты надо учитывать следующее:

- видеопамять должна иметь размер не менее 4 MB для поддержки режима True Color при разрешении 1024х768.

- полоса пропускания (RAMDAC) - не менее 175 МГц, а при работе с высокачественными мониторами, поддерживающими кадровую развертку в режиме 1024х768 до 115-120 Гц, - не менее 200 МГц.

При выборе монитора с диагональю 21" и более требования еще более ощутимы:

- видеопамять должна иметь размер не менее 8 MB для поддержки режима True Color при разрешении 1280х1024.

- полоса пропускания (RAMDAC) - не менее 220 МГц, а при работе с высокачественными мониторами, поддерживающими кадровую развертку в режиме 1280х1024 до 115-120 Гц, частота RAMDAC должна быть не менее 250 МГц.

Для высокачественных мониторов с максимальным разрешением 1800х1440 или выше требуются специальные версии видеокарт с RAMDAC от 300 МГц.

Мониторы Belinea теперь оснащаются новым устройством WaveTer, которое служит для подавления вредных электромагнитных излучений.

Компания MAXDATA AG (Германия) обеспечила дальнейшее снижение уровня электромагнитного излучения мониторов Belinea за счет внедрения нового устройства WaveTer (Wave Terminator). Это устройство разработано фирмой Triple Trian Ltd., предприятием-членом Группы MAXDATA, и расценивается экспертами как изобретение мирового уровня.

Устройство WaveTer входит теперь в стандартную комплектацию всех моделей мониторов Belinea и устанавливается бесплатно. Основу конструкции составляет так называемый Mobius-Loop - электрический проводник, имеющий топологию "петли Мебиуса".

Ученые полагают, что негативное воздействие на здоровье оказывают так называемые продольные электромагнитные излучения. Mobius-Loop "поглощает" продольные волны и трансформирует их в безвредное излучение. Таким образом, благодаря системе WaveTer пользователь компьютера подвергается наименьшему электромагнитному воздействию.

В результате практических исследований пользователей ПК было доказано, что использование системы WaveTer оказывает положительное влияние на биологические функции организма.

Условия эксплуатации и хранения

ЭЛТ-мониторы
Температура - 5°C ~ +40°C (эксплуатация), -20°C ~ +60°C (хранение) Влажность - 10% ~ 80% (эксплуатация), 10% ~ 90% (хранение)
ЖК-мониторы
Температура - 5°C ~ +35°C (эксплуатация), -10°C ~ +50°C (хранение) Влажность - 10% ~ 85% (эксплуатация), 15% ~ 85% (хранение)
Плазменные - мониторы
Температура - 5°C ~ +35°C (эксплуатация), -15°C ~ +60°C (хранение) Влажность - 20% ~ 80% (эксплуатация), 20% ~ 90% (хранение).

2.2 Система отображения информации на основе ЖК-дисплея

Параметры ЖК мониторов

Одним из основных недостатков ЖК-мониторов является то, что любая отдельно взятая модель не универсальна. Иначе говоря, если взять достаточно качественный ЭЛТ-монитор, то он будет пригоден для любых задач без оговорок - для работы с текстом, для обработки фотографий, для игр и так далее; в то же время среди ЖК-мониторов можно выделить модели, подходящие для игр - но они непригодны для работы с фотографиями, можно выделить модели, имеющие прекрасную цветопередачу - но они плохо подходят для динамичных игр, и так далее.

Казалось бы, формально практически все последние модели мониторов имеют параметры, позволяющие использовать их в любой области - производители заявляют углы обзора 160 градусов, контрастность 500:1 и достоверное отображение всех положенных 16 миллионов цветов, причем разница между заявленными параметрами разных моделей, казалось бы, невелика - ну разве заметит обычный человек без измерительных приборов отличие углов обзора 160 градусов у хорошей TN+Film матрицы и 170 градусов у PVA, MVA или IPS? Однако, как говорится, разница между теорией и практикой на практике значительно больше, чем в теории - и если поставить рядом два монитора, скажем, один на базе TN+Film матрицы, а другой на базе IPS-матрицы, то даже человек, ранее никогда не работавший с ЖК-мониторами, легко обнаружит, что реальные их параметры очень сильно отличаются.

Дело здесь не в том, что производители сознательно завышают параметры своих изделий, тем самым преднамеренно вводя покупателей в заблуждение (хотя, конечно, и такое встречается, но достаточно редко), а в том, что они понимают под тем или иным заявленным параметром, и как они его измеряют.

Вообще говоря, любое измерение какой-либо величины всегда должно начинаться с точного определения метода измерения, условий измерения и границ применимости полученного результата - без четкого понимания этого результат измерения бессмысленен и не представляет какой-либо практической ценности.

К сожалению, даже многие авторы различных обзоров, следуя наметившейся в последнее время тенденции к получению объективных параметров мониторов вместо субъективной оценки, забывают про это простое правило, в результате чего становятся жертвами одной из двух наиболее распространенных ошибок - либо получившееся число (я сознательно говорю "число", а не "результат", ибо число станет результатом только после четкого указания всех перечисленных в предыдущем параграфе пунктов), ошибочно выдаваемое за какой-либо параметр ЖК-монитора, на самом деле им не является, либо же второстепенные параметры, оказывающие на интересующую автора комплексную характеристику (например, "качество цветопередачи" - это комплексная характеристика, так как она не может быть описана одним параметром) незначительное влияние, выдвигаются на первый план. Первая ошибка обычно бывает следствием того, что на первый план выходят какие-то побочные факторы, специфичные для данного способа измерения и вытесняющие собственно измеряемую величину на второй план, а вторая - того, что используемое измерительное оборудование по какой-либо причине попросту не позволяет измерить наиболее существенные параметры, в результате чего автор пытается строить какие-либо предположения, основываясь на параметрах второстепенных.

Примером первого случая может быть, скажем, попытка измерить контрастность монитора при помощи цифрового фотоаппарата - без учета собственного шума матрицы фотоаппарата, производимой им гамма-коррекции (а она производится при сохранении в любой формат, кроме RAW), шума за счет фоновой засветки и прочих факторов, результат такого измерения получится заведомо неверным. В качестве же примера второго случая можно привести попытку сравнить скорость мониторов по измерению времени отклика на переходах с черного на белый - даже при совершенно корректно проведенных измерениях этой величины на практике результат оказывается бесполезным, ибо первостепенную роль играет время отклика при переходах между оттенками серого, а не между двумя крайними состояниями.

Таким образом, для того, чтобы сравнивать различные мониторы по заявленными производителем или же полученным в результате каких-либо экспериментов числам, необходимо прежде всего понимать, что эти числа означают, а также каким методом и в каких условиях они были получены.

В данной статье я предлагаю читателям подробное описание наиболее существенных параметров ЖК-мониторов, а также используемых производителями методов их измерения. Кроме того, так как значительная часть параметров монитора определяется типом используемой в нем матрицы, а таких типов на данный момент всего четыре (TN+Film, S-IPS, MVA и PVA), то я также опишу характерные особенности различных типов матриц.

Время отклика

Пожалуй, время отклика является наиболее "популярной" характеристикой любого ЖК-монитора - популярной в том смысле, что именно на него в первую очередь обращают внимание покупатели при выборе монитора. Как известно, состояние пиксела в ЖК-панели меняется за счет изменения угла поворота жидких кристаллов, под действием приложенного к ним электрического поля. Однако жидкие кристаллы - вещество сравнительно вязкое, поэтому поворот происходит не мгновенно, а за достаточно большое время порядка единиц или даже десятков миллисекунд. На графике это выглядит так (по горизонтальной оси отложено время в миллисекундах, по вертикальной - некий условный уровень яркости пиксела, пиксел меняет свое состояние с полностью закрытого на полностью открытое):

Традиционно производители матриц и мониторов измеряют время отклика как суммарное время переключения пикселя с черного на белый и обратно, причем измеряется время изменения яркости пикселя от 10% до 90% такое определение. Вопреки распространенному мнению, является не уловкой производителей панелей, а скорее необходимостью - дело в том, что момент точного начала загорания пикселя и момент точного достижения им яркости 100% принципиально невозможно определить из-за наличия шумов и конечной точности измерительного оборудования. А потому имеет смысл говорить лишь о вхождении яркости пикселя в некоторый интервал, который в данном случае определяется как 10%

К сожалению, такое измерение на самом деле не дает полного представления о том, как будет себя вести монитор при работе с динамичной графикой - дело в том, что измеренное таким образом время отклика является минимальным, какое вообще может показать матрица. Допустим, нас интересует переключение пиксела не с черного на белый, а с черного на темно-серый (такая ситуация в жизни встречается, например, во многих "темных" игрушках). Тогда, с одной стороны, кристаллам надо повернуться на меньший угол, но, с другой стороны, скорость их поворота пропорциональна напряженности приложенного электрического поля, а именно им и определяется угол поворота - чем меньший угол нам нужен, тем меньше должно быть электрическое поле. Таким образом, у нас есть две противоборствующие тенденции - уменьшается не только угол поворота, но и его скорость, так что на практике время поворота кристалла (то есть время отклика монитора) будет зависеть от соотношения этих тенденций. Как показывают измерения, время отклика всегда будет больше, чем при переключении с черного на белый, а насколько больше - зависит от типа матрицы (подробнее это будет рассмотрено ниже, при описании различных типов матриц).

Итак, мало того, что по паспортному времени отклика нельзя определенно сказать, насколько быстр монитор, так как у разных типов матриц зависимость времени отклика от начального и конечного состояния пиксела выглядит по-разному, но и нельзя даже напрямую сравнивать мониторы на базе разных матриц (например, TN+Film и PVA), полагаясь лишь на заявленные производителем цифры. Для корректного сравнения нужен либо двумерный график зависимости времени отклика от конечного состояния пиксела (то есть время отклика для переходов с черного на серый), либо трехмерный график (поверхность) времени отклика при всех возможных переходах, включая переходы между двумя промежуточными уровнями (то есть между двумя градациями серого). К сожалению, в абсолютном большинстве случаев производители матриц и мониторов такой информации не предоставляют. Для примера ниже приведен график времени зажигания пиксела (вертикальная ось) при переходах с черного на различные уровни серого (горизонтальная ось) для 25 мс TN+Film матрицы:

В первую очередь эта особенность ЖК-матриц будет сказываться в динамичных играх с недостаточно контрастным изображением - смазывание в них может оказаться более

Кроме того, даже время переключения с черного на белый не является в общем случае неким абсолютным показателем - на практике оно зависит от установленной на мониторе контрастности и, в некоторых случаях, яркости. Вообще говоря, яркость конкретного пиксела L определяется как L = B + x*C, где B - величина, напрямую зависящая от положения регулятора "Brightness" монитора, C - величина, зависящая от положения регулятора "Contrast", а x - сигнал, подаваемый на данный пиксел с компьютера (x=0 соответствует черному цвету, а максимальное значение x - белому; гамма-коррекцию, о которой будет сказано ниже, я здесь не учитываю). Регулировка контрастности осуществляется достаточно просто - приходящий с видеокарты сигнал x не подается напрямую на матрицу, а сначала умножается на коэффициент C, после чего уже подается на матрицу. Таким образом очевидно, что тот самый белый цвет, соответствующий максимальному углу поворота кристаллов, на самом деле достигается только при максимальной контрастности; если же она ниже максимума, то кристаллы поворачиваются на меньший угол, а потому, в связи с написанным выше, время этого поворота больше заявленного производителем. Говоря коротко, снижение контрастности всегда ведет к увеличению времени отклика монитора.

Несколько лучше дела обстоят с регулировкой "Brightness" - в большинстве мониторов она реализована изменением яркости ламп подсветки, а потому не связана с матрицей и никак не влияет на время отклика. Тем не менее, есть и мониторы, в которых яркость регулируется матрицей - например, в моделях от Sony существует отдельная регулировка "Backlight", изменяющая яркость ламп подсветки и регулировка "Brightness", управляющая матрицей. В случае использования последней, очевидно, время отклика также зависит от положения регулятора - как показывают измерения, при низких установленных значениях оно может очень сильно увеличиваться.

Также стоит обратить внимание на несимметричность времени отклика - иначе говоря, на разницу между временем зажигания и временем гашения пиксела. Например, если мы возьмем два монитора с временем отклика 30 мс, но у первого из них соотношение времени зажигания и гашения будет составлять 25/5 мс (типичная ситуация для TN-матриц), а у второго - 15/15 мс (а это уже типично для MVA и PVA-матриц), то движущиеся объекты на них будут выглядеть по-разному - например, тонкие черные линии при движении на белом фоне у первого монитора будут выглядеть значительно тоньше, чем они должны быть, в то время как у второго они будут сохранять свою толщину, становясь лишь несколько светлее, что воспринимается глазом значительно лучше, а потому, скажем, при прокручивании текста MVA-матрица субъективно будет казаться быстрее TN-матрицы с тем же полным временем отклика. Это еще одна причина, по которой некорректно сравнивать разные типы матриц по одному только суммарному времени отклика - как минимум, надо еще знать, как это время делится на время зажигания и время гашения пиксела.

Очень часто пользователи задают один и тот же вопрос - как измерить время отклика без использования какого-либо специального оборудования? Увы, это невозможно - как максимум, можно лишь субъективно оценить его в категориях "меня устраивает" или "меня не устраивает", запустив какую-нибудь динамичную игру. Пользователи же, пытающиеся оценить время отклика по специальным тестам, в которых обычно используется бегающий на черном фоне белый квадратик (например, Passmark Monitor Test), делают как минимум одну ошибку - по смазыванию этого квадратика можно оценить только время переключения с черного на белый и обратно, а как я уже говорил выше, реальное быстродействие матрицы в большинстве случаев определяет не оно. Кроме того, часто пользователи переносят на ЖК-мониторы опыт тестирования ЭЛТ-мониторов, оценивая время отклика по тянущемуся за бегающим квадратиком шлейфу. На ЭЛТ-мониторах, действительно, в силу их специфики (практически мгновенное зажигание пиксела и экспоненциальный график при его гашении) бегающий квадратик будет иметь четкие края и слабо светящийся сравнительно длинный шлейф ("хвост" экспоненциальной функции, описывающей гашение пиксела); на ЖК-мониторах такой шлейф будет далеко не всегда, ибо на многих матрицах график имеет совершенно иной вид, без длинного "хвоста" - многие делают из этого вывод, что современные ЖК-мониторы уже превзошли ЭЛТ. Обращать же внимание надо на размытие передней и задней граней квадратика - именно они демонстрируют время отклика матрицы. Ниже на рисунке показана типичная картина для белого квадратика, движущегося по черному фону слева направо: вверху изображена картинка с ЭЛТ-монитора (четкие края, но длинный слабо светящийся шлейф), а внизу - с типичного ЖК-монитора (отсутствие заметного шлейфа, но сильно размытые края):

Другой традиционной проблемой ЖК-мониторов являются углы обзора - если изображение на ЭЛТ практически не страдает даже при взгляде почти параллельно плоскости экрана, то на многих ЖК-матрицах даже небольшое отклонение от перпендикуляра приводит к заметному падению контрастности и искажению цветопередачи.

В то же время все производители на данный момент заявляют, казалось бы, более чем достаточные углы обзора - у большинства моделей мониторов они составляют не менее 160 градусов как по вертикали, так и по горизонтали. Проблема здесь, как и с временем отклика, в том, как эти углы измеряются.

Согласно текущим стандартам, производители матриц определяют угол обзора как угол относительно перпендикуляра к центру матрицы, при наблюдении под которым контрастность изображения в центре матрицы падает до 10:1.

Во-первых, считается, что искажения изображения становятся легко заметны при падении контрастности уже в несколько раз, то есть примерно до 100:1 - иначе говоря, используемый производителями критерий весьма и весьма мягок, и уже поэтому в большинстве случаев к заявленным углам обзора стоит относиться скептически, ибо на практике Вы заметите, что картинка отличается от идеальной при намного меньших углах. Более того, некоторые производители указывают углы обзора для предельной контрастности не 10:1, а вдвое меньше - 5:1, в результате чего на свет "легким движением руки" недорогая TN+Film-матрица с углами обзора 150/140 градусов превращается в матрицу с углами уже 160/160 градусов. Очевидно, что с точки зрения пользователя от такой "модернизации" ничего не меняется - матрица-то остается та же самая, а вот с точки зрения заявленных характеристик на первый взгляд все выглядит так, будто производитель монитора начал устанавливать новые матрицы, с увеличенным углом обзора, и лишь в сноске мелкими буквами написано, что изменился-то только метод измерения.

Во-вторых, измерения контрастности проводятся в центре экрана, в то время как человек, находящийся перед монитором, видит края экрана под другим углом, нежели центр. Например, на приведенной ниже фотографии изображен монитор Greenwood LC521FT, причем камера смотрит на него чуть снизу, под небольшим углом: